管道非开挖修复技术的应用研究

管道非开挖修复技术的应用研究
林珏陈金浦张起
1引言
城市排水管网是城市最重要的基础设施之一，在现代城市生活中，排水管网不可缺少，也被称为城市的“生命线”系统。目前大量的城市污水管道经过5至15年的运营，已经发生不同程度的损坏，管道存在较多病害，致使管道通水能力降低，收水量不足，带病运行。存在缺陷的排水管道如果长期不修复，轻则污染地下水、破坏水环境，重则导致道路塌陷、交通瘫痪，由此造成的直接和间接经济损失无法估算。因此，对现有排水管网进行更新、改造，已经成为城市发展过程中不可避免的问题。
2管道非开挖修复技术
2.1定义
地下管道非开挖修复技术，是在不开挖或少开挖（仅开挖工作井）的情况下，利用原管位资源，采取相关技术,在现有管道内安装内衬（新管道），更换或修复的方式使管道获得再生，可以重新获得30～50年的使用寿命。
2.2非开挖修复技术分类
管道的非开挖修复按修复的目的可分为防渗漏型、防腐蚀型和加强结构型；按修复的部位一般分为点状修复和线状修复。按点状修复和线状修复来划分，是管道非开挖修复技术分类的最基本和常见的方法。①点状修复，即对管线中已损坏的某一部分，通常是接口部位，进行修复施工的技术。点状修复常采用的有嵌补法、注浆法、套环法和局部树脂固化法。②线状修复，就是对两个检查井之间的管段整段加固修理，又称为整体修复。整体修复技术是对整段管段进行加固修理，方法可以分为两大类：一类是涂层法，另一类是内衬法。涂层法是以防腐、防渗为目的，适用于修复直径较大的管道。内衬法修理管道可以防腐、防渗以目的，也可以增强管道结构强度为目的，而且往往两者兼得，适用性广，可靠性强，已经成为污水管道非开挖修复方法中的主流。
2.3管道非开挖修复方法的选择
非开挖修复技术各有特点，改造修复时，应根据管道的管径尺寸、缺陷类型、埋深大小、管道沿线的地质条件、环境因素以及修复工程经费状况来确定。按照我国目前的一般情况，大型管道修复如果适用点状修复，操作方便，经济上也比较节约。在流砂地区，如果发生渗漏或者管道结构出现问题，其危害性不可估量，而大多数局部修复方法得质量不够稳定，因此采用整体内衬安全性更好。在各种修复方法中没有最好的，最合适的方法就是最好的方法。
3温州排水管道缺陷类型及原因分析
3.1排水管道缺陷类型
根据温州市管网调查的情况分析，排水管道的结构性缺陷以渗漏、腐蚀、错位、脱节等最为常见，功能性缺陷以沉积、结垢、障碍物、洼水、浮渣为主。
3.2原因分析
（1）地质条件与管道基础
温州地处浙南沿海，地基土含水量过大，承载力极低，是国内典型的深厚软土地区，在荷载作用下极易发生滑移和固结沉降，对工程建设的不利影响十分明显。近年来，随着新型柔性管材的普遍使用，设计上开始采用中粗砂柔性基础。但是温州市地材多为粉砂、细砂，无法达到中粗砂2.3以上的细度模数，从外地调运的话，经济是不得不考虑的因素。因此，柔性接口的柔性管道仍旧会出现不均匀沉降导致脱节和渗漏。
（2）管材质量及接口
从温州市常用的钢筋混凝土管、HDPE管这种两种管材及其接口来分析。2005年以前，温州地区排水管材基本上采用钢筋混凝土管，小管径使用素砼管。钢筋混凝土管壁没有进行防腐处理，混凝土抵抗污水和地下水的腐蚀是有时效性，经过长时间的运营后，管壁出现麻面、露骨甚至钢筋显露，进而影响管道的结构安全。另外早期大管径管材没有承插式接口，只有平接口。平接口基本上采用水泥砂浆抹带和钢丝网水泥砂浆抹带刚性接口。这种接口承受不均匀沉降的能力比较弱，导致了管道错位的发生。目前采用HDPE管的管道发生病害的原因在管材本身的质量问题上。环刚度不合格的管道，在路面荷载作用下，接口容易变形、脱开，导致渗漏。
（3）施工质量
近年来，工程建设环境不断恶化，加上低价中标制度的推行，排水管道工程成了施工中偷工减料的必选点。从管道的测量放线、基础施工、管材选用、回填压实，到附属构筑物的施工，都存在不按图施工、不按规范施工的例子。重力流管道的轴线标高是主控项目。管内底标高控制不好，往往容易引起管道水流不畅，甚至倒坡形成洼水。顶管工程和牵引法施工的管道容易存在此类病害。管道基础钢筋未按图施工、沉降缝留置数量不足，容易造成基础不均匀沉降，甚至断裂。管道回填质量也是比较容易失控的一道工序，回填材料不符合要求，采用含水量过大的淤泥回填，回填未分层压实，都给管道的不均匀沉降埋下隐患。
4.工程实例分析研究
4.1工程概况
温州市西郊某排污干管，建于上世纪80年代末期，管线所在的道路是主要交通干管，车流密集，交通繁忙。该污水干管排污面积约144ha，纳污范围内的人口约2.8万人。全线管径d1000管道，管材为钢筋混凝土圆管，埋设深度为4.2～6.1米。该管全长845米，包括检查井17座，其中钢筋砼井4座，φ1500mm砖砌井13座。
管道调查发现：管道内部0.8米以下，管体表面水泥砂浆基本脱落，石渣填充物完全暴露、管体粗糙；在管道内部0.8米以上，气体腐蚀和微生物滋生不是过于严重；清通过程发现，高压力的水流能将管体的表面水泥砂浆部分冲刷下来；管道没有大块脱落、坍塌现象；管道接口基本顺直；管道标高基本顺畅，除个别管段之间存在一定的下沉和倒坡以及坡度过大问题。管道内悬浮泥浆有20～30厘米厚。砖砌圆形检查井，多处红砖松动，没有水泥砂浆抹面或抹面已完全脱落。
可见，经过20多年的使用，混凝土管材和检查井已出现损坏现象，管材表面的混凝土脱落使内部的钢筋失去了保护层，如不及时采取措施，带有一定腐蚀性的污水势必对管材内的钢筋继续造成损害，从而影响管材的结构安全。
图5-1管道及检查井实况

4.2管道评估
根据管道检查情况分析，并套用上海市管道评估规程的相关规定对该污干管进行结构性状况评估得出：该排污干管管道存在的主要缺陷为腐蚀，等级数量为3，属于严重的结构性缺陷，必须采取措施干预管道腐蚀的进一步扩大，确保污水的畅通和路面的安全。
4.3方案比选
该排污干管管道存在的主要问题是整体性的腐蚀，且已经危害到管道的结构安全，需要在进行防腐、防渗的同时，增强管道的结构强度。很明显，点状修复技术和涂层法不适用于本工程。牵引内衬法由于适用管径较小、埋深较浅的管道，也不适用。结合以上因素，本工程可供选择的修复方案包括螺旋内衬法、翻转内衬法和短管内衬法。另觅管位进行顶管施工，虽然有损社会效益和环境效益，但在水力条件等方面有修复工程无法比拟的优势，因此也是可以考虑的一种方案。综上所述，本工程可以在以上四种方案中寻找经济技术最佳方案。采用层次分析法对本案例的各种方案进行分析评价。首先建立建造成本和技术两大评价准则层。二层指标层具体分为以下8项组成的指标体系：工程造价、交通影响成本、环境污染成本、技术成熟性、修复效果、渗漏影响、错口影响、清洗要求。经过评价判定，短管内衬修复技术应为温州市西郊某排污干管管道改造工程的最佳实施方案。
5.结语
针对目前温州市的管道陈旧老化现状和道路交通繁忙的现象，采用非开挖修复技术对地下管道进行预防性修复已是势在必行。非开挖修复技术不需要大面积开挖路面，减少了对交通、环境的影响，施工工期较传统开挖或顶管工艺大大缩短，有利于和谐社会的创建，具有明显的社会效益。管道非开挖修复技术是一项技术先进、实用性强、适用范围广、效益好的施工技术，在未来城市建设和维护中的作用将越来越大，其应用前景十分广阔。